三峡库区马家沟滑坡抗滑桩变形机制研究

摘要

三峡库区马家沟滑坡抗滑桩施工完成以后，在水库蓄水运行过程中，桩身与桩后滑体间产生开裂现象（发育一条贯穿型裂缝）。以往关于马家沟滑坡抗滑桩体系变形机制的研究，认为桩后滑体的作用力是导致该滑坡抗滑桩产生变形的主要原因，但该观点并不能合理地解释抗滑桩与桩后滑体间的开裂变形现象。为了弄清马家沟滑坡抗滑桩与桩后滑体间产生开裂变形的内在机制，本文选取马家沟滑坡抗滑桩嵌固段红砂岩为研究对象，模拟水库蓄水初期至抗滑桩与桩后滑体间产生开裂变形期间的真实蓄水运行过程，进行红砂岩在此过程中不同时刻的（单）三轴压缩试验以及劈裂试验;建立马家沟滑坡典型剖面的数值网格模型，基于饱和-非饱和渗流理论，采用GEO-STUDIO软件对该滑坡在水库蓄水初期至滑坡抗滑桩体系产生开裂变形期间的地下水渗流场进行计算分析;基于流固耦合理论，采用FLAC3D软件对该滑坡在水库蓄水初期至滑坡抗滑桩体系产生开裂变形期间的变形过程进行数值模拟计算;最后基于上述研究结果，探讨马家沟滑坡抗滑桩与桩后滑体间产生开裂变形的内在机制。研究所获得的结果如下:
　　(1)自主研发了能较真实地模拟湿干变化环境作用下的岩石抗拉强度测试装置(SGPL-2016)，为马家沟滑坡抗滑桩嵌固段位置的红砂岩在水库蓄水初期至滑坡抗滑桩体系产生开裂变形期间的库水浸泡作用下的抗拉强度测试提供了设备基石出。
　　(2)水库蓄水初期至滑坡抗滑桩与桩后滑体产生开裂变形期间，马家沟滑坡嵌固段红砂岩在库水浸泡作用下的物理力学参数劣化明显，与天然状态试样（未浸泡）相比，浸泡75天后的红砂岩试样的峰值抗压强度(0MPa、2MPa、4MPa)分别降低67.96％、60.89％、59.34％，抗拉强度降低58.95％，黏聚力和内摩擦角分别降低61.06％、13.71％。
　　(3)水库蓄水初期至滑坡抗滑桩与桩后滑体产生开裂变形期间，马家沟滑坡前缘涉水段（滑坡前缘坡脚位置）的浸润线受库水位下降的影响较大，变化较明显;库水位下降初期，浸润线与水平方向夹角较小，呈水平状态;随着库水位不断降低，浸润线与水平方向夹角不断增大，滑坡体内的地下水向外渗流产生较大的渗流力。
　　(4)水库蓄水初期至滑坡抗滑桩与桩后滑体产生开裂变形期间，一方面，抗滑桩嵌固段红砂岩受库水浸泡作用的影响，宏观力学强度劣化明显，使得抗滑桩嵌固效果减弱;另一方面，由于滑体渗透系数较小，使得库水位下降过程中坡体内地下水位下降速度明显缓于坡外库水位的下降速度，滑坡体内外形成了较大的水位差并产生了指向坡外的较大的渗透力，在坡内渗透力的作用下，桩前滑体的变形快速增大，抗滑桩的桩前支撑作用大大减弱，使得抗滑桩的变形也快速增大，且大于桩后滑体的变形，导致两者变形不协调，从而在抗滑桩与桩后滑体间产生开裂现象。
　　(5)马家沟滑坡抗滑桩嵌固段红砂岩在水库蓄水运行过程中受库水浸泡作用影响强度劣化（弱化）是引起抗滑桩与桩后滑体间产生开裂的主要原因，而库水下降作用引起的坡内渗透力在此过程中起一定的促进作用。因此，在水库岸坡加固支护设计时应考虑库水浸泡作用对嵌固段岩体（岩石）强度的影响，采用受库水浸泡作用影响劣化（弱化）后的强度参数及变形参数进行抗滑桩的设计，而不应仅考虑其在饱和状态下的强度参数和变形参数。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状及存在的问题

1．2．1 国内外研究现状

1．2．2 存在的问题

1．3 本文的研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 马家沟滑坡抗滑桩变形演化特征及诱发因素分析

2．1．1 地理位置信息

2．1．2 工程地质条件

2．1．3 水文地质条件

2．2．1 变形监测系统布置

2．2．2 宏观裂缝分布特征

2．2．3 表面位移分布特征

2．3 滑坡抗滑桩变形诱发因素

第三章 水库运行期库水浸泡作用下红砂岩强度测试试验

3．1 准备工作

3．1．1 试样制备

3．1．2 试验设备

3．2 预备试验

3．2．1 浸泡压力的取值

3．2．2 临界浸泡时间的确定

3．3．1 围压取值

3．3．2 试验方案

3．3．3 试验结果

3．4．1 试验方案

3．4．2 试验结果

第四章 水库运行期马家沟滑坡抗滑桩变形演化数值模拟

4．1 基本理论

4．1．1 饱和-非饱和渗流基本理论

4．1．2 流固耦合基本理论

4．2 库水作用下滑坡渗流场演化特征计算

4．2．1 渗流计算网格模型

4．2．2 渗流计算相关参数

4．2．3 渗流计算边界条件

4．2．4 渗流计算结果及分析

4．3 库水作用下滑坡抗滑桩体系变形演化数值计算

4．3．1 滑坡-抗滑桩网格模型

4．3．2 本构模型及屈服准则

4．3．3 应力及渗流边界条件

4．3．4 岩土体物理力学参数

4．3．5 数值模拟计算方案

4．3．6 数值模拟计算结果

第五章 水库运行期马家沟滑坡抗滑桩体系开裂机制分析

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献